我国南方城市污水常呈现低碳氮比特征，传统活性污泥法脱氮除磷需投加大量外碳源和化学除磷剂，成本高昂且碳排放高。将藻菌共生颗粒污泥与膜生物反应器相耦合，为这一难题提供了颠覆性的低碳解决方案。在藻菌颗粒污泥内部，自养的小球藻等微藻利用光能进行光合作用，释放出氧气，驱动好氧硝化菌将氨氮氧化；同时，微藻细胞吸收水中的氮、磷营养盐进行增殖。颗粒内部缺氧/厌氧区，则利用原水中有限的有机物为碳源，进行反硝化脱氮。这种由光能驱动的内部O₂/CO₂循环，使得系统对外部曝气和碳源的需求降至极低。

  膜生物反应器膜组件的引入，则彻底解决了藻菌颗粒在二沉池中可能流失或上浮的问题，确保了出水悬浮固体的绝对截留。在长达200天的连续运行中，该耦合系统处理C/N约为3.5的实际市政污水，在不投加任何外碳源和化学除磷剂的情况下，出水化学需氧量、总氮和总磷浓度均满足严格的排放标准。系统的总曝气能耗较传统工艺节省了约55%。定期从膜生物反应器中排放的剩余藻菌污泥，富含蛋白质和油脂，可作为生物质资源进行回收利用。微生物群落分析揭示，颗粒内亚硝化单胞菌、硝化螺旋菌、小球藻和多种反硝化菌形成了稳定的共生网络。

  该耦合系统成功实现了污水处理从高耗能的“污染物去除”向光能驱动的“资源回收”模式的转变。

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